引用本文： 黃勇, 豐干鈞, 劉立岷, 李濤, 劉浩, 宋躍明. 椎間盤退變中微小 RNA 及其非病毒載體的研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2017, 31(1): 116-121. doi: 10.7507/1002-1892.201609092 復制
椎間盤退行性疾病是臨床上常見的慢性病和多發病，發病亦越來越趨于年輕化，其引起以頸肩痛、腰腿痛為主要表現的一系列臨床綜合征，嚴重降低了人們生活質量，因而給公共衛生健康和社會經濟帶來了嚴重負擔[1]。椎間盤退變（intervertebral disc degeneration，IDD）是椎間盤退行性疾病的病理學基礎，椎間盤由外部的纖維環、內部的髓核及上下的軟骨終板構成，為人體內最大的無血管組織，也是一種高度水合的組織[2]。遺傳傾向、異常生物力學應激、年齡以及營養物質減少等危險因素可促進 IDD 的發生[3]，但具體的細胞分子機制尚不清楚。
微小 RNA（microRNA，miRNA）是一類含 21～25 個核苷酸的內源性非編碼單鏈 RNA 分子，具有在轉錄后水平調控基因表達的作用，廣泛存在于動植物細胞中，雖然其含量只占人類基因組的 1%～3%，卻可調節約 30%人類蛋白質的編碼基因[4]。miRNA 可使其靶 mRNA 的翻譯抑制或切割降解，從而調控蛋白質的表達，與細胞增殖、生長、分化及凋亡密切相關，并參與多種病理生理過程，在腫瘤、神經退行性疾病、炎性反應、心血管疾病、自身免疫性疾病中起著重要作用[5-6]。越來越多研究發現在 IDD 過程中，髓核細胞凋亡和異常增生、細胞外基質合成與降解、炎性反應以及軟骨終板退變等重要病理生理改變都有 miRNA 參與[7]。隨著研究的深入，miRNA 可能作為 IDD 生物學治療的新策略。
miRNA 作為基因治療新的靶點，在惡性腫瘤、病毒感染、心血管疾病等其他疾病方面的治療有很大應用前景，并且已有研發藥物進入臨床試驗階段[8]。而 miRNA 易被核酸酶降解、難以穿過細胞膜等特點使其生物利用率較低，選擇安全高效的遞送載體是 miRNA 治療成功的關鍵。基因治療中病毒載體應用較早并有許多相關治療方式進入臨床試驗，研究發現心肌梗死后注射腺相關病毒載體表達的 miRNA-590-3p 和 miRNA-190-3p 能促進心肌細胞的增生和修復[9-10]，但病毒載體潛在的免疫原性、致突變等副作用限制了其應用，而安全性高且易于合成的非病毒載體受到越來越多的關注與應用。本文基于 miRNA 在 IDD 中的作用以及其治療途徑及前景，就 IDD 中 miRNA 及其非病毒載體的最新進展作一綜述。
1 miRNA 與 IDD
1.1 退變椎間盤組織中 miRNA 的表達
通過與正常人外傷性髓核組織比較，不同研究應用 miRNA 芯片技術或高通量測序技術發現，miRNA 在退變髓核細胞的表達有顯著差異[11-12]，其中一些 miRNA 表達顯著上調或下調；并且通過實時熒光定量 PCR 證實了 miRNA-27b、miRNA-193a-3p、miRNA-133a、miRNA-98、miRNA-155 的表達明顯下調，而且與 IDD 程度成負相關[13-17]。Hu等[18]在退變的椎間盤組織中，利用 miRNA 芯片和生物信息學數據庫篩選出 9 種異常表達的 miRNA，研究表明這些差異性表達的 miRNA 參與調控與 IDD 密切相關的 PI3K/Akt 通路、MAPK 通路及 Wnt 通路等[19]，以上提示異常表達的 miRNA 在 IDD 發生發展中起著重要作用。此外，分離人髓核組織和纖維環組織與肌肉組織對比發現，退變椎間盤組織不同區域 miRNA 的異常表達也不甚相同，提示 miRNA 的表達可能具有組織特異性[20]。這些研究表明 miRNA 表達失調與 IDD 的發生發展密切相關，但具體機制尚需深入研究。
1.2 退變椎間盤組織中上調的 miRNA
研究通過 RT-PCR 技術發現 miRNA-21、miRNA-10b、miRNA-184 表達水平在退變椎間盤組織中明顯上調，并與 IDD 程度成正相關，其分別靶向沉默 PTEN（第 10 號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因）、HOXD10（同源異型盒基因 homobox genes 的一員）、GAS1（生長阻滯特異基因 1），進而激活調控正常組織增生分化的 Akt 信號通路，從而產生“過度效應”導致髓核細胞異常增生[21-23]；miRNA-21 還可通過靶向沉默程序性死亡因子受體 4 上調 c-Jun 蛋白促進髓核細胞異常增生，和激活 AP-1 通路依賴的基質金屬蛋白酶（matrix metalloprotenase，MMP）表達促進細胞外基質降解[24]。退變的椎間盤組織中 MMP、聚蛋白多糖酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）等基質降解酶明顯增加，使髓核組織中的膠原蛋白及蛋白聚糖等細胞外基質降解增強、合成減少，促進 IDD 進程，研究發現高表達的 miRNA-100、miRNA-4458 分別通過抑制 FGF 受體 3、IGF-1 受體而上調 MMP-13、MMP-3 的表達水平，誘導細胞外基質的降解[25-26]。退變椎間盤組織中促炎癥細胞因子（如 IL-1、IL-6、TNF-α）含量較正常組織升高，并可通過誘導基質降解酶、氧化應激、細胞凋亡及細胞衰老等來促進IDD發展[27-29]。TNF-α 能夠通過上調 miRNA-494，進而下調保護細胞凋亡的 JunD 蛋白表達，從而促進髓核細胞凋亡[30]。而退變組織中高表達 miRNA-27a 則通過靶向沉默 PI3K，從而抑制 PI3K/Akt 信號通路促進髓核細胞凋亡[31]。IL-1β 可上調 miRNA-34a、miRNA-7 沉默靶基因生長分化因子 5（growth differentiation factor 5，GDF-5）的表達，來減少細胞外基質合成，而且 miRNA-34a 可以沉默靶基因 Bcl-2 表達，誘導軟骨終板細胞凋亡，促進 IDD 病程[32-34]。最新研究發現，細胞外基質老化可通過上調 miRNA-20a 降低靶基因 ANK（progressive ankylosis）的表達，促進軟骨終板鈣化[35]。
1.3 退變椎間盤組織中下調的 miRNA
Fas 和 FasL 作為細胞凋亡信號通路的效應器，在免疫和腫瘤等許多生理和病理過程中有重要作用，研究表明 FasL 的減少和 Fas 的增加促進 IDD 的發生發展[36-37]。研究發現在退變髓核組織中 miRNA-155 明顯低表達，使介導細胞凋亡通路蛋白分子 Fas 相關死亡域蛋白（FADD）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3（Caspase-3）的表達增加，促進髓核細胞凋亡[17]。另有研究發現，低表達的 miRNA-155 使其靶基因 ERK1/2 表達增加，從而促進細胞外基質降解[38]；而低表達的 miRNA-210 使其靶基因 HOXA9 表達增加，促進 Fas 介導的細胞凋亡[39]。而 Ma 等[40]發現退變的椎間盤組織中 miRNA-125a 低表達，使靶基因 TP53INP1 表達增加誘導細胞凋亡，且其表達水平與單核苷酸基因多態性有關。椎間盤退變組織中 miRNA-27b、miRNA-193a-3p、miRNA-133a、miRNA-93 顯著下調，造成相對應靶基因 MMP-13、MMP-14、MMP-9、MMP-3 蛋白表達增加，退變組織中基質降解酶含量增多，促使細胞外基質如 Ⅱ 型膠原等降解增加[13-15,41]；另一項研究發現退變的髓核細胞中 miRNA-98 表達明顯下調，促進 IL-6/STAT3 信號通路從而上調 MMP-2 蛋白的表達，促進細胞外基質減少，均不同程度加速了 IDD 的發生發展[16]。
1.4 其他 miRNA
體外實驗研究發現 miRNA-146a 對 IDD 起保護作用，其可通過靶向沉默 TNF 相關受體因子 6（tumor necrosis factor receptor associated-factor 6，TRAF6），一方面下調 IL-1 誘導的 MMP-13、ADAMTS-4及ADAMTS-5 表達來調節細胞外基質合成，另一方面可下調一氧化氮合酶、IL-6、TNF-α、環氧酶 2 的表達水平，從而緩解 IDD 的進程[42]。蛋白酶 C（protein kinase C，PKC）信號通路作為軟骨細胞分化的重要調節因子，在椎間盤細胞外基質調節中也起著重要作用，其中 PKCε 信號可通過上調 miRNA-377 沉默靶基因 ADAMTS-5，從而使細胞外基質增加，對 IDD 起保護作用[43]。Song 等[44]研究發現，CHST3 基因可能是椎間盤退變的易感基因，而 miRNA-513a-5p 能降低其表達。
2 遞送 miRNA 的非病毒載體
現有研究表明，異常表達的 miRNA 在包括 IDD 等多種疾病的病理生理過程中具有重要作用，而 miRNA 作為新的治療靶點已成為研究熱點，在一些疾病治療方面取得了不錯的結果。如通過以 miRNA-122 為治療靶點的藥物 Mravirsen 治療慢性乙肝病毒感染，在 2010 年已進入臨床 Ⅱ 期試驗，現有結果表明其能顯著抑制基因型 1a 和 1b 乙肝病毒的感染復制，其效果與藥物劑量成正相關，并且無病毒抵抗及副作用出現[45-46]，說明應用 miRNA 治療疾病有著巨大潛能。miRNA 治療大致分為兩類：一是當 miRNA 過表達時應用反義 miRNA 抑制治療；二是當 miRNA 受抑制時應用 miRNA 類似物的替代療法。無論采用哪種方式，使用安全高效的非病毒載體遞送 miRNA 是治療成功的關鍵所在，目前研究較多的非病毒載體有脂質體、陽離子聚合物、樹枝狀大分子和無機納米粒子等。
脂質體是應用于實驗研究較多的載體，但在細胞毒性、非特異性攝取和免疫反應等方面的缺點使其臨床應用受到了限制[47]。研究中常運用其經化學修飾的復合物，如應用腫瘤靶向 GC4-scFv 修飾陽離子脂質體、透明質酸、魚精蛋白復合物載體 LPH 遞送小干擾 RNA/miRNA-34a，來治療黑色素瘤肺轉移小鼠，發現其可明顯抑制靶基因 MDM2、VEGF、c-Myc 的表達，并下調凋亡抑制蛋白的表達水平[48]。
聚乙烯亞胺[poly（ethylenimine），PEI]作為研究最為廣泛的陽離子聚合物遞送載體，其分子結構中帶有大量仲氨基團和叔氨基團，分子表面有較高的正電荷密度，這種特殊結構能較好地包封 miRNA 并保護其進入細胞釋放至細胞質中，同時也帶來較高細胞毒性[49]。有研究對 PEI 進行結構修飾，在能降低其細胞毒性情況下保持其轉染效率，并增強其靶向性、血清穩定性和生物相容性[50-51]。無論在藥物或基因治療神經系統疾病中，血腦屏障都是一個重大障礙，但以 PEI 為基礎的遞送系統能通過血腦屏障，利用狂犬病毒糖蛋白 RVG 標記的 SS-PEI 遞送 miRNA-124a 入 Neuro2a 神經細胞，發現該復合物的細胞毒性較小且轉染效率高，為中樞神經系統疾病的治療帶來了新希望[52-53]。聚乳酸-羥基乙酸共聚物（poly lactide-co-glycolide，PLGA）是一類可降解的陽離子聚合物，良好的生物相容性使其廣泛應用于基因載體的遞送和髓核組織工程等研究中，且 PLGA 遞送 miRNA 在體內具有緩釋長效的作用[54-55]。然而 PLGA 也存在遞送效率低下的缺點，研究顯示用 PEI、聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）等聚合物修飾的 PLGA 能顯著改善其遞送效率，利用 PEG 修飾的 PLGA 形成的納米顆粒聚合物 PLGA-b-PEG 遞送 antimiRNA-10b 和 antimiRNA-21，治療三陰性乳腺癌全身轉移小鼠模型，發現 PLGA-b-PEG 具有較好的遞送效率，并能顯著抑制腫瘤生長[56]。而 Arora 等[57]采用乳化溶劑揮發法制備 PEI-PLGA 遞送載體，能顯著提高 PLGA 的遞送效率，體外實驗結果顯示 PEI-PLGA 可有效遞送 miRNA-150 進入胰腺癌細胞內，并顯著下調靶基因 MUC4、HER2 的表達以及下游相關信號通路的傳遞，最終顯著抑制腫瘤的生長與轉移，提示多種遞送載體的聯合使用具有互補的優勢。
聚酰胺-胺型大分子（poly-amidoamine，PAMAMs）是研究較為成熟的樹枝狀大分子之一，應用 PAMAMs 遞送 anti-miRNA-21/紫杉醇干預人膠質母細胞瘤細胞，發現其能降低腫瘤細胞對紫杉醇的耐藥性[58]，提示利用非病毒載體遞送 miRNA 可作為一種耐藥性腫瘤治療策略。隨著生物納米技術在醫學上的應用，無機納米載體遞送 miRNA 逐漸成為研究熱點，在碳納米管、納米金、磁性納米材料、硅基納米粒子等多種材料方面都有研究[59-62]，利用 PAMAMs 包裹的碳納米管復合物遞送促血管生成的 miRNA-503 至內皮細胞，具有良好的遞送效率和較低的細胞毒性，并在小鼠模型上產生了良好效應[62]。多種多樣的非病毒載體各有優缺點，對載體進行化學修飾或不同類型載體的聯合使用能顯著改善其性質以提高效能，但要獲得高效、安全、無毒、理想的非病毒載體尚需更深入的研究。
雖然對應用非病毒載體遞送 miRNA 治療腫瘤等疾病已有大量研究，但在治療 IDD 方面研究較少。研究利用 Lipofectamine 轉染 miRNA-146a 的髓核細胞能顯著降低 IL-1 誘導的細胞外基質降解和炎性作用，轉染 anti-miRNA-34a 的髓核細胞可以提高 GDF-5 的表達水平以降低 IL-1β 誘導的細胞外基質降解，最終達到減緩 IDD 進程或逆轉 IDD 的目的[32,42]。這些體外研究提示了非病毒載體遞送 miRNA 治療椎間盤退行性相關疾病的可能性與前景，為 IDD 患者帶來了曙光。
3 小結
IDD 相關的多種分子機制具有復雜性和關聯性，在分子水平上對其病理生理機制的詳細了解，對椎間盤退行性相關疾病的治療具有重大意義。miRNA 作為在轉錄后水平調控基因表達的分子機制，在 IDD 中的作用越來越受到關注，研究從鑒定、篩選出可能與椎間盤退行性疾病相關的miRNA 分子，逐漸轉向深入研究 miRNA 與 IDD 發生發展的關系和潛在 miRNA 治療應用。研究發現許多在退變椎間盤異常表達的 miRNA，在細胞凋亡、細胞外基質降解和軟骨終板退變等病理過程中發揮重要作用。而 miRNA 作為新的治療靶點，雖然獲得高效、穩定、低毒的理想非病毒載體需要進一步研究，但研究利用現有不同類型非病毒載體遞送 miRNA 治療一些疾病已取得良好效果。即使目前應用非病毒載體遞送 miRNA 治療 IDD 方面的研究甚少，但隨著對 miRNA 在 IDD 中作用的深入了解以及生物醫學技術的飛速發展，這一新的基因治療方式很可能為廣大椎間盤退行性疾病患者帶來福音。
椎間盤退行性疾病是臨床上常見的慢性病和多發病，發病亦越來越趨于年輕化，其引起以頸肩痛、腰腿痛為主要表現的一系列臨床綜合征，嚴重降低了人們生活質量，因而給公共衛生健康和社會經濟帶來了嚴重負擔[1]。椎間盤退變（intervertebral disc degeneration，IDD）是椎間盤退行性疾病的病理學基礎，椎間盤由外部的纖維環、內部的髓核及上下的軟骨終板構成，為人體內最大的無血管組織，也是一種高度水合的組織[2]。遺傳傾向、異常生物力學應激、年齡以及營養物質減少等危險因素可促進 IDD 的發生[3]，但具體的細胞分子機制尚不清楚。
微小 RNA（microRNA，miRNA）是一類含 21～25 個核苷酸的內源性非編碼單鏈 RNA 分子，具有在轉錄后水平調控基因表達的作用，廣泛存在于動植物細胞中，雖然其含量只占人類基因組的 1%～3%，卻可調節約 30%人類蛋白質的編碼基因[4]。miRNA 可使其靶 mRNA 的翻譯抑制或切割降解，從而調控蛋白質的表達，與細胞增殖、生長、分化及凋亡密切相關，并參與多種病理生理過程，在腫瘤、神經退行性疾病、炎性反應、心血管疾病、自身免疫性疾病中起著重要作用[5-6]。越來越多研究發現在 IDD 過程中，髓核細胞凋亡和異常增生、細胞外基質合成與降解、炎性反應以及軟骨終板退變等重要病理生理改變都有 miRNA 參與[7]。隨著研究的深入，miRNA 可能作為 IDD 生物學治療的新策略。
miRNA 作為基因治療新的靶點，在惡性腫瘤、病毒感染、心血管疾病等其他疾病方面的治療有很大應用前景，并且已有研發藥物進入臨床試驗階段[8]。而 miRNA 易被核酸酶降解、難以穿過細胞膜等特點使其生物利用率較低，選擇安全高效的遞送載體是 miRNA 治療成功的關鍵。基因治療中病毒載體應用較早并有許多相關治療方式進入臨床試驗，研究發現心肌梗死后注射腺相關病毒載體表達的 miRNA-590-3p 和 miRNA-190-3p 能促進心肌細胞的增生和修復[9-10]，但病毒載體潛在的免疫原性、致突變等副作用限制了其應用，而安全性高且易于合成的非病毒載體受到越來越多的關注與應用。本文基于 miRNA 在 IDD 中的作用以及其治療途徑及前景，就 IDD 中 miRNA 及其非病毒載體的最新進展作一綜述。
1 miRNA 與 IDD
1.1 退變椎間盤組織中 miRNA 的表達
通過與正常人外傷性髓核組織比較，不同研究應用 miRNA 芯片技術或高通量測序技術發現，miRNA 在退變髓核細胞的表達有顯著差異[11-12]，其中一些 miRNA 表達顯著上調或下調；并且通過實時熒光定量 PCR 證實了 miRNA-27b、miRNA-193a-3p、miRNA-133a、miRNA-98、miRNA-155 的表達明顯下調，而且與 IDD 程度成負相關[13-17]。Hu等[18]在退變的椎間盤組織中，利用 miRNA 芯片和生物信息學數據庫篩選出 9 種異常表達的 miRNA，研究表明這些差異性表達的 miRNA 參與調控與 IDD 密切相關的 PI3K/Akt 通路、MAPK 通路及 Wnt 通路等[19]，以上提示異常表達的 miRNA 在 IDD 發生發展中起著重要作用。此外，分離人髓核組織和纖維環組織與肌肉組織對比發現，退變椎間盤組織不同區域 miRNA 的異常表達也不甚相同，提示 miRNA 的表達可能具有組織特異性[20]。這些研究表明 miRNA 表達失調與 IDD 的發生發展密切相關，但具體機制尚需深入研究。
1.2 退變椎間盤組織中上調的 miRNA
研究通過 RT-PCR 技術發現 miRNA-21、miRNA-10b、miRNA-184 表達水平在退變椎間盤組織中明顯上調，并與 IDD 程度成正相關，其分別靶向沉默 PTEN（第 10 號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因）、HOXD10（同源異型盒基因 homobox genes 的一員）、GAS1（生長阻滯特異基因 1），進而激活調控正常組織增生分化的 Akt 信號通路，從而產生“過度效應”導致髓核細胞異常增生[21-23]；miRNA-21 還可通過靶向沉默程序性死亡因子受體 4 上調 c-Jun 蛋白促進髓核細胞異常增生，和激活 AP-1 通路依賴的基質金屬蛋白酶（matrix metalloprotenase，MMP）表達促進細胞外基質降解[24]。退變的椎間盤組織中 MMP、聚蛋白多糖酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）等基質降解酶明顯增加，使髓核組織中的膠原蛋白及蛋白聚糖等細胞外基質降解增強、合成減少，促進 IDD 進程，研究發現高表達的 miRNA-100、miRNA-4458 分別通過抑制 FGF 受體 3、IGF-1 受體而上調 MMP-13、MMP-3 的表達水平，誘導細胞外基質的降解[25-26]。退變椎間盤組織中促炎癥細胞因子（如 IL-1、IL-6、TNF-α）含量較正常組織升高，并可通過誘導基質降解酶、氧化應激、細胞凋亡及細胞衰老等來促進IDD發展[27-29]。TNF-α 能夠通過上調 miRNA-494，進而下調保護細胞凋亡的 JunD 蛋白表達，從而促進髓核細胞凋亡[30]。而退變組織中高表達 miRNA-27a 則通過靶向沉默 PI3K，從而抑制 PI3K/Akt 信號通路促進髓核細胞凋亡[31]。IL-1β 可上調 miRNA-34a、miRNA-7 沉默靶基因生長分化因子 5（growth differentiation factor 5，GDF-5）的表達，來減少細胞外基質合成，而且 miRNA-34a 可以沉默靶基因 Bcl-2 表達，誘導軟骨終板細胞凋亡，促進 IDD 病程[32-34]。最新研究發現，細胞外基質老化可通過上調 miRNA-20a 降低靶基因 ANK（progressive ankylosis）的表達，促進軟骨終板鈣化[35]。
1.3 退變椎間盤組織中下調的 miRNA
Fas 和 FasL 作為細胞凋亡信號通路的效應器，在免疫和腫瘤等許多生理和病理過程中有重要作用，研究表明 FasL 的減少和 Fas 的增加促進 IDD 的發生發展[36-37]。研究發現在退變髓核組織中 miRNA-155 明顯低表達，使介導細胞凋亡通路蛋白分子 Fas 相關死亡域蛋白（FADD）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3（Caspase-3）的表達增加，促進髓核細胞凋亡[17]。另有研究發現，低表達的 miRNA-155 使其靶基因 ERK1/2 表達增加，從而促進細胞外基質降解[38]；而低表達的 miRNA-210 使其靶基因 HOXA9 表達增加，促進 Fas 介導的細胞凋亡[39]。而 Ma 等[40]發現退變的椎間盤組織中 miRNA-125a 低表達，使靶基因 TP53INP1 表達增加誘導細胞凋亡，且其表達水平與單核苷酸基因多態性有關。椎間盤退變組織中 miRNA-27b、miRNA-193a-3p、miRNA-133a、miRNA-93 顯著下調，造成相對應靶基因 MMP-13、MMP-14、MMP-9、MMP-3 蛋白表達增加，退變組織中基質降解酶含量增多，促使細胞外基質如 Ⅱ 型膠原等降解增加[13-15,41]；另一項研究發現退變的髓核細胞中 miRNA-98 表達明顯下調，促進 IL-6/STAT3 信號通路從而上調 MMP-2 蛋白的表達，促進細胞外基質減少，均不同程度加速了 IDD 的發生發展[16]。
1.4 其他 miRNA
體外實驗研究發現 miRNA-146a 對 IDD 起保護作用，其可通過靶向沉默 TNF 相關受體因子 6（tumor necrosis factor receptor associated-factor 6，TRAF6），一方面下調 IL-1 誘導的 MMP-13、ADAMTS-4及ADAMTS-5 表達來調節細胞外基質合成，另一方面可下調一氧化氮合酶、IL-6、TNF-α、環氧酶 2 的表達水平，從而緩解 IDD 的進程[42]。蛋白酶 C（protein kinase C，PKC）信號通路作為軟骨細胞分化的重要調節因子，在椎間盤細胞外基質調節中也起著重要作用，其中 PKCε 信號可通過上調 miRNA-377 沉默靶基因 ADAMTS-5，從而使細胞外基質增加，對 IDD 起保護作用[43]。Song 等[44]研究發現，CHST3 基因可能是椎間盤退變的易感基因，而 miRNA-513a-5p 能降低其表達。
2 遞送 miRNA 的非病毒載體
現有研究表明，異常表達的 miRNA 在包括 IDD 等多種疾病的病理生理過程中具有重要作用，而 miRNA 作為新的治療靶點已成為研究熱點，在一些疾病治療方面取得了不錯的結果。如通過以 miRNA-122 為治療靶點的藥物 Mravirsen 治療慢性乙肝病毒感染，在 2010 年已進入臨床 Ⅱ 期試驗，現有結果表明其能顯著抑制基因型 1a 和 1b 乙肝病毒的感染復制，其效果與藥物劑量成正相關，并且無病毒抵抗及副作用出現[45-46]，說明應用 miRNA 治療疾病有著巨大潛能。miRNA 治療大致分為兩類：一是當 miRNA 過表達時應用反義 miRNA 抑制治療；二是當 miRNA 受抑制時應用 miRNA 類似物的替代療法。無論采用哪種方式，使用安全高效的非病毒載體遞送 miRNA 是治療成功的關鍵所在，目前研究較多的非病毒載體有脂質體、陽離子聚合物、樹枝狀大分子和無機納米粒子等。
脂質體是應用于實驗研究較多的載體，但在細胞毒性、非特異性攝取和免疫反應等方面的缺點使其臨床應用受到了限制[47]。研究中常運用其經化學修飾的復合物，如應用腫瘤靶向 GC4-scFv 修飾陽離子脂質體、透明質酸、魚精蛋白復合物載體 LPH 遞送小干擾 RNA/miRNA-34a，來治療黑色素瘤肺轉移小鼠，發現其可明顯抑制靶基因 MDM2、VEGF、c-Myc 的表達，并下調凋亡抑制蛋白的表達水平[48]。
聚乙烯亞胺[poly（ethylenimine），PEI]作為研究最為廣泛的陽離子聚合物遞送載體，其分子結構中帶有大量仲氨基團和叔氨基團，分子表面有較高的正電荷密度，這種特殊結構能較好地包封 miRNA 并保護其進入細胞釋放至細胞質中，同時也帶來較高細胞毒性[49]。有研究對 PEI 進行結構修飾，在能降低其細胞毒性情況下保持其轉染效率，并增強其靶向性、血清穩定性和生物相容性[50-51]。無論在藥物或基因治療神經系統疾病中，血腦屏障都是一個重大障礙，但以 PEI 為基礎的遞送系統能通過血腦屏障，利用狂犬病毒糖蛋白 RVG 標記的 SS-PEI 遞送 miRNA-124a 入 Neuro2a 神經細胞，發現該復合物的細胞毒性較小且轉染效率高，為中樞神經系統疾病的治療帶來了新希望[52-53]。聚乳酸-羥基乙酸共聚物（poly lactide-co-glycolide，PLGA）是一類可降解的陽離子聚合物，良好的生物相容性使其廣泛應用于基因載體的遞送和髓核組織工程等研究中，且 PLGA 遞送 miRNA 在體內具有緩釋長效的作用[54-55]。然而 PLGA 也存在遞送效率低下的缺點，研究顯示用 PEI、聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）等聚合物修飾的 PLGA 能顯著改善其遞送效率，利用 PEG 修飾的 PLGA 形成的納米顆粒聚合物 PLGA-b-PEG 遞送 antimiRNA-10b 和 antimiRNA-21，治療三陰性乳腺癌全身轉移小鼠模型，發現 PLGA-b-PEG 具有較好的遞送效率，并能顯著抑制腫瘤生長[56]。而 Arora 等[57]采用乳化溶劑揮發法制備 PEI-PLGA 遞送載體，能顯著提高 PLGA 的遞送效率，體外實驗結果顯示 PEI-PLGA 可有效遞送 miRNA-150 進入胰腺癌細胞內，并顯著下調靶基因 MUC4、HER2 的表達以及下游相關信號通路的傳遞，最終顯著抑制腫瘤的生長與轉移，提示多種遞送載體的聯合使用具有互補的優勢。
聚酰胺-胺型大分子（poly-amidoamine，PAMAMs）是研究較為成熟的樹枝狀大分子之一，應用 PAMAMs 遞送 anti-miRNA-21/紫杉醇干預人膠質母細胞瘤細胞，發現其能降低腫瘤細胞對紫杉醇的耐藥性[58]，提示利用非病毒載體遞送 miRNA 可作為一種耐藥性腫瘤治療策略。隨著生物納米技術在醫學上的應用，無機納米載體遞送 miRNA 逐漸成為研究熱點，在碳納米管、納米金、磁性納米材料、硅基納米粒子等多種材料方面都有研究[59-62]，利用 PAMAMs 包裹的碳納米管復合物遞送促血管生成的 miRNA-503 至內皮細胞，具有良好的遞送效率和較低的細胞毒性，并在小鼠模型上產生了良好效應[62]。多種多樣的非病毒載體各有優缺點，對載體進行化學修飾或不同類型載體的聯合使用能顯著改善其性質以提高效能，但要獲得高效、安全、無毒、理想的非病毒載體尚需更深入的研究。
雖然對應用非病毒載體遞送 miRNA 治療腫瘤等疾病已有大量研究，但在治療 IDD 方面研究較少。研究利用 Lipofectamine 轉染 miRNA-146a 的髓核細胞能顯著降低 IL-1 誘導的細胞外基質降解和炎性作用，轉染 anti-miRNA-34a 的髓核細胞可以提高 GDF-5 的表達水平以降低 IL-1β 誘導的細胞外基質降解，最終達到減緩 IDD 進程或逆轉 IDD 的目的[32,42]。這些體外研究提示了非病毒載體遞送 miRNA 治療椎間盤退行性相關疾病的可能性與前景，為 IDD 患者帶來了曙光。
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IDD 相關的多種分子機制具有復雜性和關聯性，在分子水平上對其病理生理機制的詳細了解，對椎間盤退行性相關疾病的治療具有重大意義。miRNA 作為在轉錄后水平調控基因表達的分子機制，在 IDD 中的作用越來越受到關注，研究從鑒定、篩選出可能與椎間盤退行性疾病相關的miRNA 分子，逐漸轉向深入研究 miRNA 與 IDD 發生發展的關系和潛在 miRNA 治療應用。研究發現許多在退變椎間盤異常表達的 miRNA，在細胞凋亡、細胞外基質降解和軟骨終板退變等病理過程中發揮重要作用。而 miRNA 作為新的治療靶點，雖然獲得高效、穩定、低毒的理想非病毒載體需要進一步研究，但研究利用現有不同類型非病毒載體遞送 miRNA 治療一些疾病已取得良好效果。即使目前應用非病毒載體遞送 miRNA 治療 IDD 方面的研究甚少，但隨著對 miRNA 在 IDD 中作用的深入了解以及生物醫學技術的飛速發展，這一新的基因治療方式很可能為廣大椎間盤退行性疾病患者帶來福音。